Тепловое действие электрического тока это определение

III. Основы электродинамики

Тестирование онлайн

Электрический ток в жидкостях

Как известно, химически чистая (дистиллированная) вода является плохим проводником. Однако при растворении в воде различных веществ (кислот, щелочей, солей и др.) раствор становится проводником, из-за распада молекул вещества на ионы. Это явление называется электролитической диссоциацией, а сам раствор электролитом, способным проводить ток.

В отличие от металлов и газов прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита.

Первый закон Фарадея: масса вещества, выделяющегося на каком-либо из электродов, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит

Электрохимический эквивалент вещества — табличная величина.

Второй закон Фарадея:

Протекание тока в жидкостях сопровождается выделением теплоты. При этом выполняется закон Джоуля-Ленца.

Электрический ток в металлах

При прохождении тока металлы нагреваются. В результате чего ионы кристаллической решетки начинают колебаться с большей амплитудой вблизи положений равновесия. В результате этого поток электронов чаще соударяется с кристаллической решеткой, а следовательно возрастает сопротивление их движению. При увеличении температуры растет сопротивление проводника.

Каждое вещество характеризуется собственным температурным коэффициентом сопротивления — табличная величина. Существуют специальные сплавы, сопротивление которых практически не изменяется при нагревании, например манганин и константан.

Явление сверхпроводимости. При температурах близких к абсолютному нулю (-273 0 C) удельное сопротивление проводника скачком падает до нуля. Сверхпроводимость — микроскопический квантовый эффект.

Применение электрического тока в металлах

Лампа накаливания производит свет за счет электрического тока, протекающего по нити накала. Материал нити накала имеет высокую температуру плавления (например, вольфрам), так как она разогревается до температуры 2500 – 3250К. Нить помещена в стеклянную колбу с инертным газом.

Электрический ток в газах

Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Проводником может стать ионизированный газ, содержащий электроны, положительные и отрицательные ионы.

Ионизация может возникать под действием высоких температур, различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного), космических лучей, столкновения частиц между собой.

Ионизированное состояние газа получило название плазмы. В масштабах Вселенной плазма — наиболее распространенное агрегатное состояние вещества. Из нее состоят Солнце, звезды, верхние слои атмосферы.

Прохождение электрического тока через газ называется газовым разрядом.

В «рекламной» неоновой трубке протекает тлеющий разряд. Светящийся газ представляет собой «живую плазму».

Между электродами сварочного аппарата возникает дуговой разряд.

Дуговой разряд горит в ртутных лампах — очень ярких источниках света.

Искровой разряд наблюдаем в молниях. Здесь напряженность электрического поля достигает пробивного значения. Сила тока около 10 МА!

Для коронного разряда характерно свечение газа, образуя «корону», окружающую электрод. Коронный разряд — основной источник потерь энергии высоковольтных линий электропередачи.

Электрический ток в вакууме

А возможно ли распространение электрического тока в вакууме (от лат. vacuum — пустота)? Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным диэлектриком. Появление ионов привело бы к исчезновению вакуума и получению ионизированного газа. Но вот появление свободных электронов обеспечит протекание тока через вакуум. Как получить в вакууме свободные электроны? С помощью явления термоэлектронной эмиссии — испускания веществом электронов при нагревании.

Вакуумный диод, триод, электронно-лучевая трубка (в старых телевизорах) — приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии. Основной принцип действия: наличие тугоплавкого материала, через который протекает ток — катод, холодный электрод, собирающий термоэлектроны — анод.

Воздействие электрического тока на человека

Когда человек вступает в контакт с источником напряжения, происходит поражение электрическим током. Касаясь проводника, находящегося под напряжением, человек становится частью электросети, по которому протекает электрический ток.

Как известно, человеческий организм состоит из множества жидкостей и минералов, что является хорошим проводником электричества. Это говорит о том, что действие электрического тока на организм человека оказывает летальный исход.

Виды воздействия электрического тока

Существует много факторов, влияющих на результат действия электрического тока на организм человека:

• пути протекания — самую большую опасность представляет ток, протекающий через головной и спинной мозг;
• продолжительность воздействия — чем больше время действия тока на человека, тем тяжелее последствия;
• от величины и рода протекания — переменный ток является наиболее опасным, чем постоянный;
• от физического и психологического состояния человека — человек обладает неким сопротивлением, это сопротивление варьируется в зависимости от состояния человека.

Минимум, который способен прочувствовать человек составляет 1 мА. Если действие электрического тока более 25 мА, то это приводит параличу мышц органов дыхания.

Электрический ток проходя через организм человека может оказывать на него 3 вида воздействий:

• термическое — подразумевает появление ожогов, а так же перегревание кровеносных сосудов;
• электролическое — проявляется в расщеплении крови, вызывает существенные изменения физико-химического состава;
• биологическое — нарушение нормальной работы мышечной системы, вызывает судорожные сокращения мышц.

Существует множество повреждений, которые возникают в результате действия электрического тока: металлизация кожи, электрические знаки, электроофтальмия, механические повреждения. Наиболее опасным являются электрические удары. Электрический удар сопровождается возбуждением живых тканей организма током, который через него проходит.

В зависимости от того, какие последствия возникают после электрического удара, их разделяют на 4 степени воздействия:

I — судорожные сокращения мышц, человек в сознании;

II — судорожные сокращения мышц, человек без сознания, дыхание и работа сердца присутствуют;

III – отсутствие дыхания с нарушением работы сердца;

IV – клиническая смерть, отсутствие дыхания, остановка сердца.

Соблюдайте правила безопасности и берегите себя! Для защиты работы с электрическим током Вы можете посмотреть в нашем каталоге.

Другие статьи

Электрощит для квартиры и частного дома: основные отличия

Электрический щит – это в первую очередь защита жизни и здоровья человека от поражения электрическом током, а во вторую защита имущества в виде не только электроприборов, но и дома, жилья в целом.

Купить розетки и выключатели в квартиру. Какие выбрать?

Электроустановочные изделия уже давно стали элементом интерьера.

Уличные светильники: организация освещения в частном доме и на придомовой территории.

Правильно организованная подсветка загородного дома уличными светильниками должна быть не только функциональной, но и отвечать всем нормам безопасности.

Разводка электрики в деревянном доме

При монтаже проводки в деревянном доме своими руками очень важно соблюсти все меры безопасности и позаботиться о качественных элементах электрооборудования.

Как действует электрический ток на организм человека

Электрическая энергия значительно облегчает всем нам жизнь. Сейчас человека окружает просто огромное количество приборов, работающих от электрической сети.

Однако данный источник энергии является опасным для человека, точнее опасен один из параметров его – сила тока.

Напряжение и частота тока, опасны или нет?

Напряжение и частота его в значительной мере безопаснее тока.

К примеру, автомобильная катушка зажигания на выходе формирует электрический импульс напряжением 20-24 тыс. В, но из-за очень малой величины силы тока такой импульс не опасен для человека, максимум, что он вызывает – неприятное ощущение.

А вот если сила тока была в катушки значительно больше, этот импульс был бы смертелен для человека. Поэтому и говорится, что «убивает ток».

Воздействие тока на организм человека зависит от многих параметров, и в первую очередь – это его сила и вид (постоянный, переменный).

Также воздействие зависит от времени контакта человека с источником электроэнергии.

Влияет и восприимчивость человека к воздействию, его физическое и эмоциональное состояние.

Если один человек может практически не ощущать действие тока определенной силы, то второму это значение может уже быть ощутимо, причем сильно.

Немаловажным является и путь прохождения электрического разряда через организм.

Наиболее опасным является путь через центральную нервную систему, органы дыхания и сердце.

Воздействие тока разных величин на организм

Минимальное значение силы тока, которое становиться ощутимым человеком – 1 мА. Но опять же это значение зависит от восприимчивости.

При повышении этого параметра появляются неприятные болевые ощущения, мышцы начинают непроизвольно сокращаться.

До 12-15 мА силу тока называют отрываемой. Человек в состоянии самостоятельно разорвать контакт с источником, хотя при приближении параметра к указанным значениям разорвать контакт все сложнее.

Свыше 15 мА ток считается не отрываемым, человек не в состоянии сам разорвать контакт, требуется сторонняя помощь.

При повышении параметра до 25 мА, мышцы в точке контакта полностью парализуются, причем сопровождается это очень сильными болями, а также усложняется дыхание человека.

Ток силой до 50 мА помимо очень сильной боли и паралича мышц, сопровождается параличом дыхания и снижением деятельности сердца, человек теряет сознание.

Значение тока до 80 мА приводит к параличу дыхания за несколько секунд воздействия, при более длительном контакте возможна фибрилляция сердца.

100 мА очень быстро приводят к фибрилляции, а затем и к параличу сердца.

Ток силой 5А мгновенно приводит к параличу дыхания, сердце останавливается на время контакта человека с источником, в месте контакта образуются ожоги.

Виды воздействия

Видов воздействий, которые электрический ток может оказать на организм человека – несколько.

Первым видом является термическое воздействие. При таком воздействии на кожном покрове появляются ожоги, оно может затронуть ткани, кровеносные сосуды перегреваются, на пути прохождения тока нарушается работоспособность органов.

Вторым является химическое воздействие. Оно сопровождается возникновением электролиза жидкостей внутри человека, кровь и лимфа расщепляются, что приводит к изменению их физико-химического состава.

Третье воздействие – механическое. При нем происходит разрыв тканей человека, возможно появление трещин в костях.

Последний вид воздействия – биологическое. Воздействие тока приводит к судорогам мышц и органов, нарушению деятельности органов вплоть до полного прекращения их функционирования.

Виды электрических травм

Электротравмы, которые способен нанести электрический ток на организм, делятся на внешние и внутренние.

Внешних электрических травм бывает несколько. Самой распространенной травной является ожог. Большинство травм от поражения током приводят к ожогам.

Однако еще имеются и другие виды электротравм:

• Знаки – имеют овальную форму и проявляются на коже в виде пятен бледно-желтого или серого цвета. Поскольку при воздействии кожа в месте контакта отмирает, знаки не являются болезненными, участок кожи несколько затвердевает и со временем сходит;
• Металлизация – перенос частиц металла провода на кожный покров в результате электрической дуги, появляющейся между проводом и кожей человека. Участок кожи, где произошла металлизация – болезненный, пораженный участок принимает металлический оттенок;
• Офтальмия – воздействие ультрафиолетовых лучей электрической дуги на оболочку глаза, из-за чего она воспаляется. Сопровождается появлением через время сильно рези в глазах, слезотечению. Через время неприятные ощущения проходят;
• Механические повреждения – при воздействии появляющиеся судороги мышц могут привести к разрыву тканей, сосудов, кожи.

Внутренние повреждения при поражении происходят из-за электрического удара.

При прохождении тока через внутренние органы, происходит возбуждение их тканей, что сопровождается нарушением функционирования.

Электрический удар является самым опасным видом поражения.

Степени воздействия тока на организм

Воздействие электрического тока на организм человека имеет определенную классификацию, которая поделена на 4 степени.

Первая степень – воздействие на человека источника электроэнергии с малой силой тока, при которой происходит непроизвольное сокращение мышц, но человек находится в сознании.

Вторая степень – источник электроэнергии обладает средней по величине силой тока, сопровождается сокращением мышц, человек теряет сознание, но дыхание и пульс присутствуют.

Третья степень – контакт человека с источником энергии с высокой силой тока, из-за которого происходит паралич органов дыхания, и оно отсутствует, а также у сердца нарушена работа.

Четвертая степень – воздействие на человека электроэнергии с очень большой силой тока, при которой дыхание и работа сердца отсутствует, наступает клиническая смерть.

Техника безопасности

Чтобы предупредить возможное поражение человека электрическим током, имеется ряд правил, прописанных в инструкциях по технике безопасности и охране труда.

Так, работы с электрическими приборами должны проводиться только инструментами с защищенными рукоятками, которые не пропускают ток.

Ремонт электроприборов должен производиться только после их обесточивания и вынимания вилки из розетки.

Ремонт электрических сетей должен выполняться после обесточивания. При этом на рубильники, которыми выполнилось обесточивание, вешаются соответствующие таблички.

При работе с мощными приборами дополнительно используются диэлектрические коврики, обувь, перчатки.

А для детей есть особые правила электробезопасности.

Оказание помощи при поражении

Если же человек попал под воздействие электрического тока, предпринимается ряд определенных мер.

Первое, что нужно сделать разорвать контакт человека с источником. Сделать это можно путем обесточивания сети или прибора, с которыми произошел контакт.

Если это не является возможным, нужно оттянуть человека от источника, при этом прикасаться к телу нельзя, оттягивать нужно за одежду.

Если в результате паралича мышц рука пострадавшего сжимает провод с источником, следует вначале перерубить провод острым предметом с токонепроводящей ручкой, к примеру, топором с сухой деревянной ручкой.

После разрыва контакта нужно оказать первую медицинскую помощь. Если человек находится в сознании, ему нужно обеспечить удобное положение для отдыха.

При потере сознания, но с сохранением дыхания, обеспечить ему удобное положение, расстегнуть ворот для обеспечения притока воздуха, воспользоваться нашатырным спиртом для приведения в чувства.

При наступлении клинической смерти, когда отсутствует дыхание и сердцебиение, следует попытаться вывести его из этого состояния путем проведения искусственного дыхания и массажа сердца. И конечно же не забудьте вызвать скорую помощь.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Источник электрического тока – это устройство, с помощью которого создаётся электрический ток в замкнутой электрической цепи. В настоящее время изобретено большое количество видов таких источников. Каждый вид используется для определённых целей.

Виды источников электрического тока

Существуют следующие виды источников электрического тока:

• механические;
• тепловые;
• световые;
• химические.

Механические источники

В этих источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование осуществляется в специальных устройствах – генераторах. Основными генераторами являются турбогенераторы, где электрическая машина приводится в действие газовым или паровым потоком, и гидрогенераторы, преобразующие энергию падающей воды в электричество. Большая часть электроэнергии на Земле производится именно механическими преобразователями.

Тепловые источники

Здесь преобразуется в электричество тепловая энергия. Возникновение электрического тока обусловлено разностью температур двух пар контактирующих металлов или полупроводников — термопар. В этом случае заряженные частицы переносятся от нагретого участка к холодному. Величина тока зависит напрямую от разности температур: чем больше эта разность, тем больше электрический ток. Термопары на основе полупроводников дают термоэдс в 1000 раз больше, чем биметаллические, поэтому из них можно изготавливать источники тока. Металлические термопары используют лишь для измерения температуры.

В настоящее время разработаны новые элементы на основе преобразования тепла, выделяющегося при естественном распаде радиоактивных изотопов. Такие элементы получили название радиоизотопный термоэлектрический генератор. В космических аппаратах хорошо себя зарекомендовал генератор, где применяется изотоп плутоний-238. Он даёт мощность 470 Вт при напряжении 30 В. Так как период полураспада этого изотопа 87,7 года, то срок службы генератора очень большой. Преобразователем тепла в электричество служит биметаллическая термопара.

Световые источники

С развитием физики полупроводников в конце ХХ века появились новые источники тока – солнечные батареи, в которых энергия света преобразуется в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников выдавать напряжение при воздействии на них светового потока. Особенно сильно этот эффект наблюдается у кремниевых полупроводников. Но всё-таки КПД таких элементов не превышает 15%. Солнечные батареи стали незаменимы в космической отрасли, начали применяться и в быту. Цена таких источников питания постоянно снижается, но остаётся достаточно высокой: около 100 рублей за 1 ватт мощности.

Химические источники

Все химические источники можно разбить на 3 группы:

1. Гальванические
2. Аккумуляторы
3. Тепловые

Гальванические элементы работают на основе взаимодействия двух разных металлов, помещённых в электролит. В качестве пар металлов и электролита могут быть разные химические элементы и их соединения. От этого зависит вид и характеристики элемента.

ВАЖНО! Гальванические элементы используются только разово, т.е. после разряда их невозможно восстановить.

Существует 3 вида гальванических источников (или батареек):

1. Солевые;
2. Щелочные;
3. Литиевые.

Солевые, или иначе «сухие», батарейки используют пастообразный электролит из соли какого-либо металла, помещённый в цинковый стаканчик. Катодом служит графито-марганцевый стержень, расположенный в центре стаканчика. Дешёвые материалы и лёгкость изготовления таких батареек сделали их самыми дешёвыми из всех. Но по характеристикам они значительно уступают щелочным и литиевым.

В щелочных батарейках в качестве электролита используется пастообразный раствор щёлочи — гидрооксида калия. Цинковый анод заменён на порошкообразный цинк, что позволило увеличить отдаваемый элементом ток и время работы. Эти элементы служат в 1,5 раза дольше солевых.

В литиевом элементе анод сделан из лития — щелочного металла, что значительно увеличило продолжительность работы. Но одновременно увеличилась цена из-за относительной дороговизны лития. Кроме того, литиевая батарейка может иметь различное напряжение в зависимости от материала катода. Выпускают батарейки с напряжением от 1,5 В до 3,7 В.

Аккумуляторы — источники электрического тока, которые можно подвергать многим циклам заряда-разряда. Основными видами аккумуляторов являются:

1. Свинцово-кислотные;
2. Литий-ионные;
3. Никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из свинцовых пластин, погружённых в раствор серной кислоты. При замыкании внешней электрической цепи происходит химическая реакция, в результате которой свинец преобразуется в сульфат свинца на катоде и аноде, а также образуется вода. В процессе зарядки сульфат свинца на аноде восстанавливается до свинца, а на катоде до диоксида свинца.

Литий-ионный аккумулятор получил своё название из-за того, что в качестве носителя электричества в электролите служат ионы лития. Ионы возникают на катоде, который изготовлен из соли лития на подложке из алюминиевой фольги. Анод изготавливается из различных материалов: графита, оксидов кобальта и других соединений на подложке из медной фольги.

Напряжение в зависимости от применяемых компонентов может быть от 3 В до 4,2 В. Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда литий-ионные аккумуляторы приобрели большую популярность в бытовой технике.

ВАЖНО! Литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к перезарядке. Поэтому для их зарядки нужно использовать зарядные устройства, предназначенные только для них, которые имеют встроенные специальные схемы, предотвращающие перезаряд. Иначе может произойти разрушение аккумулятора и его возгорание.

В никель-кадмиевых аккумуляторах катод сделан из соли никеля на стальной сетке, анод из соли кадмия на стальной сетке, а электролит — смесь гидроксида лития и гидроксида калия. Номинальное напряжение такого аккумулятора — 1,37 В. Он выдерживает от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки.

Тепловые химические элементы служат как источники резервного питания. Они дают отличные характеристики по удельной плотности тока, но имеют короткий срок службы (до 1 часа). Применяются в основном в ракетной технике, где нужны надёжность и кратковременная работа.